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关键词:建筑材料; 发展; 土木工程; 影响
中图分类号:S969 文献标识码:A 文章编号:1006-3315(2015)02-177-001
土木工程是指一切和水、土、文化有关的基础建设的计划、建造和维修的统称。一般的土木工程项目包括:道路、水务、渠务、防洪工程及交通等。
土木工程是伴随着人类社会的发展而发展起来的,它所建造的工程设施反映出各个历史时期社会经济、文化、科学、技术发展的面貌,因而土木工程也就成为社会历史发展的见证之一。而建造工程设施的物质基础是土地、建筑材料、建筑设备和施工机具。借助于这些物质条件,经济而便捷地建成既能满足人们使用要求和审美要求,又能安全承受各种荷载的工程设施,是土木工程学科的出发点和归宿。
对土木工程的发展起关键作用的,首先是作为工程物质基础的土木建筑材料,其次是随之发展起来的设计理论和施工技术。每当出现新的优良的建筑材料时,土木工程就会有飞跃式的发展。从历史来看,建筑材料的发展促进了土木工程的三次飞跃式发展。
一、砖和瓦的出现和使用是土木工程的第一次飞跃
人们在早期只能依靠泥土、木料及其他天然材料从事营造活动。大致在新石器时代,原始人为避风雨、防兽害,利用天然的掩蔽物,例如山洞和森林作为住处,并逐渐使用简单的木、石、骨制工具,伐木采石,以粘土、木材和石头等,模仿天然掩蔽物建造居住场所,开始了人类最早的土木工程活动。随着生产力的发展,农业、手工业开始分工。中国在公元前十一世纪的西周初期制造出瓦,最早的砖出现在公元前五世纪至公元前三世纪战国时的墓室中。砖和瓦具有比土更优越的力学性能,可以就地取材,而又易于加工制作,使人类第一次冲破了天然建筑材料的束缚。
砖和瓦的出现使人们开始广泛地、大量地修建房屋和城防工程等。由此土木工程技术得到了飞速的发展。直至18~19世纪,在长达两千多年时间里,砖和瓦一直是土木工程的重要建筑材料,为人类文明作出了巨大贡献,甚至在目前还被广泛采用。在构造方面,形成木构架、石梁柱、券拱等结构体系;在工程内容方面,有宫室、陵墓、庙堂,还有许多较大型的道路、桥梁、水利等工程。如中国在西周时代已出现陶制房屋版瓦、筒瓦、人字形断面的脊瓦和瓦钉,解决了屋面防水问题。砖和瓦的出现,使土木工程材料由天然材料进入了人工生产阶段,为较大规模建造土木工程创造了基本条件。
二、钢材的大量应用是土木工程的第二次飞跃
十七世纪70年代开始使用生铁、十九世纪初开始使用熟铁建造桥梁和房屋,这是钢结构出现的前奏。于是适应发展需要的钢结构得到蓬勃发展。除应用原有的梁、拱结构外,新兴的桁架、框架、网架结构、悬索结构逐渐推广,出现了结构形式百花争艳的局面。
建筑物跨径也从砖结构、石结构、木结构的几米、几十米发展到钢结构的百米、几百米,直到现代的千米以上。于是在大江、海峡上架起大桥,在地面上建造起摩天大楼和高耸铁塔,甚至在地面下铺设铁路,创造出前所未有的奇迹。
为适应钢结构工程发展的需要,在牛顿力学的基础上,材料力学、结构力学、工程结构设计理论等就应运而生。施工机械、施工技术和施工组织设计的理论也随之发展,土木工程从经验上升成为科学,在工程实践和基础理论方面都面貌一新,从而促成了土木工程更迅速的发展。
三、混凝土的出现和使用是土木工程的第三次飞跃
十九世纪20年代,波特兰水泥制成后,混凝土问世了。十九世纪中叶以后,钢铁产量激增,随之出现了钢筋混凝土这种新型的复合建筑材料,其中钢筋承担拉力,混凝土承担压力,发挥了各自的优点。二十世纪初以来,钢筋混凝土广泛应用于土木工程的各个领域。
从三十年代开始,出现了预应力混凝土。预应力混凝土结构的抗裂性能、刚度和承载能力,大大高于钢筋混凝土结构,因而用途更为广泛。土木工程进入了钢筋混凝土和预应力混凝土占统治地位的历史时期。混凝土的出现,给建筑物带来了新的经济、美观的工程结构形式,使土木工程产生了新的施工技术和工程结构设计理论。这是土木工程的又一次飞跃发展。
由此可见,建筑材料的发展对土木工程的发展影响巨大,预计随着新型建筑材料的蓬勃发展和未来对建筑的多方面要求,必然引起土木工程的再次飞跃发展。
四、从建筑材料发展看土木工程的发展趋势
现代土木工程的特点是:适应各类工程建设高速发展的要求,人们需要建造大规模、大跨度、高耸、轻型、大型、精密、设备现代化的建筑物。既要求高质量和快速施工,又要求高经济效益。这就向土木工程提出新的课题,并推动土木工程这门学科不断发展。
随着建筑需求的提高,大量高强轻质的新材料不断出现。比如铝合金、镁合金和玻璃纤维增强塑料(玻璃钢)已开始应用。而对提高钢材和混凝土的强度和耐久性,也已取得显著成果,而且还仍继续进展。
目前,钢结构发展迅速。与传统的钢筋混凝土结构相比,钢结构由于本身的自重较轻,强度较高,在经历震动时不仅不会发生太大的位移变形,反而还可以削弱地震波,从根本上确保了建筑的安全性。而且钢结构承载力高、密闭性好、节能减排、绿色环保,同时钢结构比传统结构更易拆除且用料省、回收利用率高,墙体也多用环保材料如防火涂料、节能砖等,因此降低了钢铁污染所带来的高风险。另外,由于钢结构的自身优势,其多用于超高层、超大跨度的建筑中,不但拓展了人们的生存空间,提高了人们的生活质量,也缓解了人多地少的矛盾,符合可持续发展的理念,是名副其实的绿色建筑。
从总体上说,钢结构建筑代表了未来的建筑发展新模式,体现了绿色环保、舒适美观、布局独特、抗震性能优良等理念,符合我国建筑产业化和可持续发展的要求,是我国现代化建筑发展的必然趋势。
参考文献:
1.1校企密切合作,共商人才培养方案
为满足区域经济发展对土木工程专业人才的需求,校企联合,优化教学计划的方向模块必将成为地方高校土木工程专业发展的必由之路。地方高校土木工程专业应该始终以服务地方经济建设为办学宗旨,以培养高素质“应用型”工程技术人才为办学目标,深入用人单位广泛开展调查研究,深入分析研究本行业人才需求状况,准确把握用人单位对人才素质、能力和知识结构的要求,进一步密切与用人企业的联系,与企业合作共同确定人才培养方案。根据上述指导思想,盐城工学院土木工程学院2011年的教学计划中,吸收和借鉴国内外工程教育的先进经验,紧密结合当前国内“卓越工程师教育培养计划”的要求,在广泛征求用人单位意见的基础上,设计了“2.75+1.25”的土木工程专业培养计划,把4年的培养过程分成两个部分:“2.75”指在校进行理论课程和部分实践课程的学习时间,“1.25”指在校内实验实训和在企业学习的时间,以实践训练为主,包含部分专业技能课程,使学生在提高工程实践能力的同时,尽早与用人单位接触,适应用人单位的要求,缩短企业对人才培养的周期。事实证明“校企密切合作,共商人才培养方案”的实施,密切了校企关系,提高了办学质量,为高素质“应用型”人才的培养奠定了坚实的基础。
1.2力学材料并重,构筑课程教学体系
力学是构建土木工程学科重要的理论工具,材料是土木工程技术创新的动力和源泉,力学和材料是培养学生建造能力的基础。设置以力学为中心的课程群,既联系到数学和物理,又联系到结构和岩土工程,强化力学课程群的教学,即强化专业基础中主干课的教学。当代新型建筑材料不断涌现,种类丰富的建筑材料应用于结构,将产生新型结构体系,种类丰富的建筑材料应用于施工,将产生新构造、新工艺、新技术,材料类课程对于土木工程来说十分重要。为此,改革“土木工程材料”和“土木工程施工”等课程,增加“新材料性能测试”设计性、开放性试验课程,增加“趣味结构力学实验”和“新材料结构模型创新实践”的选修课程十分必要。基于此,地方高校必将培养出基础扎实、富有创新精神和创新能力的“应用型”人才。
1.3遵循“卓越计划”,锻造学生建造能力
以实施“卓越工程师教育培养计划”为导向,构建“建造能力”的培养模式。为了适应地方经济发展对人才的需求,建立和完善产学研合作关系,校企共建稳定的校外课堂,建设校外课堂教学的师资队伍和基础设施,那么建立一套公正、合理、准确、全面的学生成绩评价制度则更为重要。在人才培养过程中,注重以实际工程项目为载体,围绕项目的策划、设计、实施和运行等环节,开展以小组为单位的学习、研究工作,解决工程实际问题,完成工程建设任务。同时,在此过程中培养学生的团队精神,提高学生的学习能力,让学生领会从事工程师岗位的工作方法。因而以“土木工程施工”、“工程项目管理”和“建造技术与管理”等课程教学模式为试点,努力锻造学生的建造能力。
1.4培养引进并举,优化师资队伍
以高水平、工程型教师队伍建设为保障,提高师资队伍的科研水平和解决工程实际问题的能力。地方高校应该积极采取培养和引进相结合的措施,努力加强师资队伍建设。教师队伍建设是地方高校土木工程专业“应用型”人才培养的核心之一,在一批国家和省市级科研项目的基础上,采取多种方式鼓励教师承担科研项目,促进教师专业水平的提高。同时,聘请企业中高水平的技术人员到学校担任兼职教师,派送专任教师队伍中年轻博士去企业锻炼,解决工程技术难题,提高实践创新能力。通过科学研究和参与工程实践攻关相结合,地方高校一定能够建设一支高水平“工程型”的教师队伍。
1.5完善评价体系,保障人才培养质量
地方高校应以教学管理制度为依据,努力完善教学管理与监控机制。在认真执行学校各项教学管理制度的基础上,根据土木工程的特点,积极改进并完善教学质量保证体系,该体系分为教学质量管理系统和教学质量信息系统两部分。盐城工学院土木工程教学质量管理系统由两个亚系统组成:一是分管本科教学工作的副院长→学院教务科→系(中心)→教师(实验技术人员);另一个是分管学生工作的书记→学生科→辅导员、班主任→学生班干部→学生。这是一个逐层向下监控,逐层向上负责的质量管理系统。而教学质量信息系统包括质量信息的采集、处理与反馈等,正是由于盐城工学院土木工程专业持续完善了质量评价体系,因而其人才培养质量显著提高,其成功经验可为地方高校土木工程专业的教学改革提供借鉴和启迪。
二、突出特色,理论与实践并重,造就高素质人才
由于地方高校土木工程专业以培养“基础实、技能强、素质高”的“应用型”高级土木工程专业人才为目标,因而地方高校更应“重基础理论、重创新精神、强实践技能、强综合素质”的人才培养模式,优化课程结构体系,贴近地方建筑实际,夯实专业理论基础,突出建造能力的培养。每个地方高校都有其自身发展历史,具有一定的特点、特色,因而突出特色,理论与实践并重必将成为土木工程专业建设的必由之路。盐城工学院2005年土木工程专业成为学校“小范围、大幅度”四个试点改革专业之一,2009年通过江苏省特色专业建设点验收,成为省级特色专业,2010年成为国家特色专业建设点,形成了比较完善并具有一定特色的教学计划和课程体系,为学校土木工程专业建设奠定了良性循环基础。
2.1理论教学夯实专业基础
地方高校土木工程学院应该在院长领导下,由学院分管教学的副院长、专业系主任与企业专家共同制订各专业教学计划。力学和材料科学作为从事土木工程工作的重要理论基础,在教学计划中处于十分重要的位置。土木工程专业通过搭建“五大力学”(理论力学、材料力学、结构力学、土力学和水力学)与土木工程材料并重的教学平台,来体现“力学材料并重”的理论教学特征。同时将“弹性力学”和“新型建筑材料”列为选修课,以适应行业发展需求,拓宽学生知识面,为学生未来发展打下一定基础,并且突出特色,努力编写适合自身土木工程专业发展的精品课程。如《工程力学》、《结构力学》和《土木工程材料》等。
2.2实践教学突出建造能力
地方高校土木工程专业大多数学生毕业后将在施工一线工作,具有出众的建造能力是该专业毕业生受用人单位欢迎的重要原因。一方面,地方高校要注重加强内涵建设,不断完善实验条件,强化学生建造能力的培养;在实践教学中,让学生深入生产一线,与建筑工人打成一片,学在工地、吃在工地、住在工地,强化设计能力,积累施工经验,由工地对学生进行考核,由工人对学生作出评价,在工地工程师与学校教师共同指导下完成实践教学任务。另一方面,地方高校应该对照行业标准和注册建造师的培养标准,努力创造条件在校内搭建施工实训现场,通过学生自主设计、自行搭设模板和脚手架等,培养学生的实践动手能力。
2.3通识课程体现素质培养
地方高校还应高度重视教书育人理念的确立,高度重视优良学风的形成,高度重视学生自主学习能力和综合素养的培养。只有通过通识课程、公共课程的开设以及学生课外活动的安排,才可培养学生良好的综合素质。例如,通过国家法律法规以及与环境保护等方面课程的学习,培养学生的法律意识、质量意识、环保意识、节能意识;通过参与企业项目和现场教学,培养学生的工程意识,提高学生的实践能力;通过实施全方位、多层次的艺术素质教育,拓展学生的人文艺术修养等。
三、落实毕业设计目标,切实践行“应用型”人才培养
毕业设计是工科专业教学质量的集中体现,是指导学生综合运用所学的基础理论、专业知识和基本技能,分析解决实际问题,使学生得到从事实际工作所必需的基本训练和进行科学研究工作的初步能力。与一般教学实践环节相比,有其显著的特点,它是毕业前最后的综合训练阶段,是学生学习、研究和实践成果的全面总结。土木工程专业的毕业设计应注重工程实践性、适用性,特别是以培养“应用型”人才为主旨的地方本科院校,更应根据学生的特点和条件,选择合理的毕业设计题目,鼓励学生到设计、施工或监理单位实习,以提高其实践能力。
3.1精心组织,严格遴选毕业设计指导教师
地方高校土木工程专业应该严格遴选毕业设计指导教师,毕业设计(论文)指导教师应由具有实际设计(科研)工作背景和有指导经验的中级职称以上相关专业的教师、工程技术人员担任,为了进一步落实“应用型”人才培养方案,应该适当增加校外指导教师的比例,特别是聘请理论和实际工作经验丰富的高级工程技术人员。基于此,培养学生严谨求实的科学态度和一丝不苟的工作作风。
3.2把握关键程序,提升毕业设计质量
毕业设计开题、中期检查和毕业设计答辩为毕业设计的关键步骤,决定着地方高校土木工程专业毕业设计的总体质量。通过毕业设计开题报告,学生查阅文献资料,了解选题的研究背景和已有成果;通过中期检查则可督促教师的指导进度,检查学生毕业设计内容的正确性,考核教师和学生在毕业设计中的总体表现,提出整改意见,为毕业设计顺利展开提供保证;通过毕业答辩,完成对学生整个毕业设计的全面评价,也是对指导教师的最终考核。总之,通过以上关键程序,可以切实把握地方高校土木工程专业“应用型”人才培养的最后一关,为社会输送合格的土木工程建设者。
四、结语
关键词:现代科学技术革命土木工程
中图分类号:S969.1文献标识码:A文章编号:
引言
当代的科学革命和技术革命不仅产生了高技术,而且改变了整个科学技术的形象,使科学技术步入了大科学时代。土木工程这一综合性学科随着时代的步伐与自身的发展在这场科学革命和技术革命中也发生了根本性的变革。土木工程的发展沿革告诉我们,大科学时代已经到来,要用辨证唯物主义的观点对土木工程发展中提出的一系列问题作出科学的分析、判断和预测,就必须建立与大科学时代相适应的大科学观。
1.现代土木工程的特点
现代土木工程的特点是:适应各类工程建设高速发展的要求,人们需要建造大规模、大跨度、高耸、轻型、大型、精密、设备现代化的建筑物。既要求高质量和快速施工,又要求高经济效益。这就向土木工程提出新的课题,并推动土木工程这门学科前进。
高强轻质的新材料不断出现。比钢轻的铝合金、镁合金和玻璃纤维增强塑料(玻璃钢)已开始应用。对提高钢材和混凝土的强度和耐久性,已取得显著成果,而且还仍继续进展。
建设地区的工程地质和地基的构造,及其在天然状态下的应力情况和力学性能,不仅直接决定基础的设计和施工,还常常关系到工程设施的选址、结构体系和建筑材料的选择,对于地下工程影响就更大了。工程地质和地基的勘察技术,目前主要仍然是现场钻探取样,室内分析试验,这是有一定局限性的为适应现代化大型建筑的需要,急待利用现代科学技术来创造新的勘察方法。
以往的总体规划常是凭借工程经验提出若干方案,从中选优。由于土木工程设施的规模日益扩大,现在已有必要也有可能运用系统工程的理论和方法以提高规划水平。特大的土木工程,例如高大水坝会引起自然环境的改变,影响生态平衡和农业生产等,这类工程的社会效果是有利也有弊。在规划中,对于趋利避害要作全面的考虑。
随着土木工程规模的扩大和由此产生的施工工具、设备、机械向多品种、自动化、大型化发展,施工日益走向机械化和自动化。同时组织管理开始应用系统工程的理论和方法,日益走向科学化;有些工程设施的建设继续趋向结构和构件标准化和生产工业化。这样,不仅可以降低造价、缩短工期、提高劳动生产率,而且可以解决特殊条件下的施工作业问题,以建造过去难以施工的工程。
2.现代科学技术革命对土木工程的影响剖析
2.1 现代科学技术革命的结果是“知识经济”时代的到来经过几次重大的科学革命、技术革命的推动, 人类社会逐渐由农业经济、工业经济而步入后工业经济时代, 也就是“知识经济”时代。知识经济, 是相对于农业经济、工业经济的一个概念。它指的是科学技术( 知识) 作为一种生产要素, 从来没有像今天这样, 以巨大的威力和越来越短的更新周期, 深刻地影响着经济和社会的发展, 改变着人类的生活。在农业社会, 土地资源在经济发展中居于首要地位; 在工业社会, 生产工具居于重要的地位; 但在知识经济时代, 经济发展的主要因素己不再是资本和劳动力, 而是知识的生产、传播、应用和创新。
2.2 “知识经济”的基石和支柱是高新技术及其产业高新技术一词源于美国, 人们对其有多种不同的理解。通常认为, 高新技术是指那些对一国军事、经济有重大影响, 具有较大社会意义, 能形成产业的新技术或尖端技术; 或是指基本原理主要是建立在最新科学成就基础上的技术。高新技术主要包括信息技术、新材料技术、生物技术、新能源技术、空间技术
以及海洋技术。土术工程学科的发展, 无论是理论研究、实验技术、施工工艺还是建筑材料都离不开高新技术的推动, 尤其需要信息技术、新材料技术、生物技术、新能源技术、空间技术以及海洋技术的引导和应用; 同时, 土木工程学科的发展, 也在各方面对高新技术提出要求, 促进了高新技术的发展。
2.3 高新技术与土木工程技术相互渗透
2.3.1信息技术己深入到包括土木工程领域在内的一切领域, 信息无处不在、无时不有; 土木工程同样需要利用信息技术。例如计算机辅助工程设计, 计算机绘制工程图纸, 计算机模拟工程荷载, 建筑物变形监测需要用到传感和控制技术等。
2.3.2要建造高质量的各种类型建筑物或构筑物, 没有新材料的出现和应用是不可想象的。例如高性能隔声隔热材料, 轻质高强砖和混凝土, 自动防腐金属材料, 防尘防辐射材料等。
2.3.3利用生物技术延长建筑物寿命, 增强防腐防破坏功能。例如, 利用细菌技术可增加在海水、酸碱盐等腐蚀性环境工作中的混凝土、钢材抵抗腐蚀的能力, 从而延长建筑物的寿命; 利用种草植树可防路基滑坡等等。另外, 利用生物技术还可减轻或消除施工带来的污染。
2.3.4利用新能源技术。例如, 用太阳能或人造月亮照明, 而不用常规的电力照明, 再配以阻燃技术可防止建筑物火灾的发生。
2.3.5在空间技术方面, 从理论和技术上研究失重状态下修造建筑物。例如, 在月球上修建基地, 在缺水失重或超重的其他星球上修造建筑物等。
2.3.6在海洋技术方面, 现在有人提出修造“海底城市”这一设想, 这对解决全球人炸、资源短缺、环境污染等严重问题来说, 是有希望的探索。人类要想在海洋中生活, 首先要设计建造水下房屋, 这就对土木工程学科提出了难题,据了解, 目前, 只有法、美、日等少数国家进行过初步研究。
2.4 高新技术与土木工程技术相互促进
土木工程( C ivilE ngineering) , 也称土木工程学科( 或土木工程技术) , 是指运用数学、物理、化学、生物等基础科学知识, 力学、材料等技术科学知识以及土木工程方面的专门技术知识来研究、设计、修建各种建筑物和构筑物的
一门学科( 或技术) 。中国国务院学术委员会在学科简介中定义为: 土木工程是建造各类工程设施的科学技术的总称, 它既指工程建设的对象, 即建在地上、地下、水中的各种工程设施, 也指所应用的材料、设备和所进行的勘测设计、施工、保养、维修技术。土木工程是一种与人们的“衣、食、住、行”有着密切关系的工程。其中与“住”的关系是直接的, 因为要解决住的问题必须建造各种类型的房屋; 与“衣、食、行”的关系既有直接的一面, 也有间接的一面。“衣、食、住、行”是人们从事包括高新技术活动在内的一切物质和精神活动的基础, 因此土木工程技术是高新技术的基础; 并且, 随着时代的发展, 科技的进步, 人民生活水平的提高, 对“衣、食、住、行”的质量提出了越来越高的要求。
3.结束语
当代世界是一个开放的世界, 当代社会是一个开放的社会; 在知识经济时代, 在实行市场经济的中国, 包括土木工程学科在内的任何科学研究都不可能关在屋里进行, 更不可能独自在房间里取得成功。科学家是从事“认识自然”工作的, 他们的约束仅仅是自然规律; 而工程技术人员是从事“改造自然”或称“协调自然”工作的, 他们的约束不仅是自然规律, 而且有包括经济规律在内的社会规律。工程技术人员不可能不接触社会, 不可能不与社会打交道。这就要求土木工程技术人员走出去, 到社会和市场上去, 寻找土木工程学科发展的支撑点和动力; 同时为土木工程学科的创新成果及时开拓市场, 获取效益, 真正做到科技创新面向经济建设, 经济建设依靠科技创新。可以说, 没有创新, 土木工程学科就会停滞不前而落后于时代; 没有创新, 土木工程学科就无法应付知识经济带来的挑战, 就没有生机和活力。
参考文献:
[1]方从严,梁有峰,吴庆. 土木工程的现状与未来发展趋势综述[J]安徽建筑工业学院学报(自然科学版), 2005,(02)
[2]孙世国. 21世纪土木工程发展趋势刍议[J]北方工业大学学报, 2002,(03)
关键词:土木工程;结构减震;控制技术;方法探究
中图分类号:S969文献标识码: A
一、土木工程结构减震的意义及价值
(一)土木工程结构减震是工程安全性的需要
土木工程结构减震技术发展三十度年来,已经取得卓越的工程学成就。由于现代土木工程涉及桥梁、道路、房屋、厂房、发射塔等一系列重要的公共建筑,其安全性必须受到严格保证。伴随着现代地质科技的不断发展,人们对地质结构以及不可抗力的风险越发重视,尤其是在遭遇了日本大地震、汶川大地震、智利大地震等一系列巨大的地质灾害后,人愈发重视建筑抗震以及土木工程减震的重要性,所以现代土木工程对结构减震的需要越来越强烈。
(二)土木工程结构减震是确保建筑使用年限的需要
正如前述所说,建筑受到此类突发灾害性影响带来的生命财产损失是巨大的,对建筑自身使用寿命也带来毁灭性的影响。但在一些受强风等气象影响下的土木工程,其长期遭受风力震动的影响,也会大大减少建筑物的设计使用寿命,同时带来极大地安全隐患。因此,土木功臣结构减震控制技术有利于延长和保证现代建筑的设计使用寿命,达到预期的社会和经济效益。
二、土木工程结构减震控制方法研究现状
(一)土木工程结构减震主动控制
主动控制技术在土木工程结构减震中主要使用主动质量阻尼器、主动支撑系统和主动拉索系统三大技术。主动控制是指在结构上利用外部能源,在工程结构遭受强烈振动时,向结构施加相应的辅助动力,继而完成减小振动反应的过程。在由作动器、传感器和控制器三部件组成的主动控制系统中,它能实现即时的改变控制力输出方向,从而保证工程结构的稳定。主动控制技术又根据检测结构响应和外部刺激划分为开环控制系统、闭环控制系统以及开―闭环控制系统。
(二)土木工程结构减震被动控制
被动控制技术在土木工程结构减震中主要包括基础隔震、调谐减震和耗能减震三个技术措施。被动控制技术顾名思义就是不借助外部动力源,反而使用减震、隔震的装置设计来实现消耗和阻止震动能量。它由于易于设计、维护和构造,同时造价相比较低且不借助外界动力源等优势被广泛推广。早在1985年至1999年,日本就建成属于基础隔震技术的房屋700余栋,并且随后将其推广在桥梁建造中,而在被动控制中的调谐减震技术则主要使用在大型跨度桥梁的建造上,从而确保桥梁抗风防震系数的提高。
(三)土木工程结构减震混合控制
混合控制主要在土木工程结构减震中体现为主动质量阻尼与调谐减震的组合、主动控制与基础隔震的组合以及主动控制与耗能减震技术组合。混合控制是建立在主动控制与被动控制技术相结合的基础之上,它继承了前两者抗震反应灵活、易于维护、成本合理的优点,渐渐成为未来土木功臣结构减震领域的新方向。我国混合控制技术在南京电视塔的建造中得到有效发挥,其调谐液体阻尼系统与主动质量阻尼系统的结合有效地控制了该建筑的风振反应,实现了混合控制技术的工程价值。
三、土木工程结构减震控制方法的发展趋势
笔者结合前面关于土木工程结构减震控制技术的详细阐述,结合自身理论和实践经验认为,在未来结构减震控制技术将主要在一下几个方面获得重点研究和突破,因为这些关键点设计结构减震技术自身的发展需要。
(一)结构减震控制技术中模型构造优化
土木工程结构减震是一项系统性的交叉学科,涉及基础物理学科与工程学科的多个领域,其设计应用模型的优化需要有经验、高素质、专业技能强的工程师队伍来共同搭建,加之土木工程结构减震面临诸多复杂地质条件和气象环境,所以结构减震模型的优化绝非一日之功可以完成,需要长期大量的数据积累和理论研究的突破,才能有效实现结构减震控制技术的成熟发展与应用。
(二)结构减震控制技术应用设计系统软件的商业开发
伴随着社会对工程减震的重视程度日益加深,结构减震控制技术在土木工程上的使用将会得到极大地普及和推广。因此研发适合现代土木工程设计的商业化软件将是土木工程设计市场的需要,同时在智慧城市建设日益加深的大背景下,结构减震控制技术作为城市土木工程安全使用的需要必将进入新的发展阶段,儿商业化设计结构减震控制软件将提供一个良好的平台,实现智慧城市与城市土木工程减震安全监控的无缝对接。
(三)结构减震控制系统的综合效益评价体系构建
土木工程结构减震控制技术伴随着现代建筑行业的蓬勃发展,也渐渐从实验室走向实体建筑应用中去,但面对广大建筑企业尚未具体涉及该领域技术的应用,为了更好地推广和促进结构减震控制系统的工程价值实现,应该组织行业协会或者第三方科研机构对其结构减震技术设置相应指标考核体系,搭建安全性、经济性、可控性等多方面的考评模块,从而实现土木工程结构减震控制技术的产业化开发与应用。
四、结语:
通过笔者对土木工程结构减震控制技术的必要性阐述,结合对结构减震控制技术的详细介绍,笔者结合社会发展趋势和土木工程结构减震技术自身发展需要认为土木工程结构减震技术将在商业软件开发、设计模型优化、综合效益评价体系搭建三大方向有所突破,另外笔者还认为伴随着我国制造业创新升级的步伐,在土木工程结构减震装备设计制造上也将会取得优秀表现。
参考文献:
[1]李勇军、王英红.工程结构减震控制技术的发展[J].辽宁工学院学报.2001(01).
【关键词】土木工程;施工特点;发展变化
土木工程是人类历史上年代最久远的“技术科学”,作为一种系统的产业活动,土木工程的实质是生产的过程,是一种技术过程。土木工程也是建造各类工程设施的科学技术的统称,它既指工程建设的对象,即建在地上、地下、水中的各种工程设施,也指所应用的材料、设备和所进行的勘测设计、施工、保养、维修等技术。
一、新国情下土木工程的施工特点
适应各类工程建设高速发展的要求,人们需要建造大规模、大跨度、高耸、轻型、大型、精密设备现代化的建筑物,既要求高质量和快速施工,又要求高经济效益。这就向土木工程提出新的课题,并推动土木工程这门学科前进。它的发展趋向具体地表现在下述几个方面。
1.建筑材料方面。高强轻质的新材料不断出现。比钢轻的铝合金、镁合金和玻璃纤维增强塑料(玻璃钢)已开始应用。但是这些材料有些弹性模量偏低,有些价格过高,应用范围受到限制,因而尚待作新的探索。另外,对提高钢材和混凝土的强度和耐久性,虽已取得显著成果,仍继续进展。
2.工程地质和地基方面。建设地区的工程地质和地基的构造及其在天然状态下的应力情况和力学性能,不仅直接决定基础的设计和施工,还常常关系到工程设施的选址、结构体系和建筑材料的选择,对于地下工程影响就更大了。工程地质和地基的勘察技术,目前主要仍然是现场钻探取样,室内分析试验,这是有一定局限性的。为适应现代化大型建筑的需要,急待利用现代科学技术来创造新的勘察方法。
3.工程规划方面。以往的总体规划常是凭借工程经验提出若干方案,从中选优。由于土木工程设施的规模日益扩大,现在已有必要也有可能运用系统工程的理论和方法以提高规划水平。特大的土木工程,例如高大水坝,会引起自然环境的改变,影响生态平衡和农业生产等,这类工程的社会效果是有利也有弊。在规划中,对于趋利避害要作全面的考虑。
4.工程设计方面。人们努力使设计尽可能符合实际情况,达到适用、经济、安全、美观的目的。为此,已开始采用概率统计来分析确定荷载值和材料强度值,研究自然界的风力、地震波、海浪等作用在时间、空间上的分布与统计规律,积极发展反映材料非弹性、结构大变形、结构动态以及结构与岩同作用的分析,进一步研究和完善结构可靠度极限状态设计法和结构优化设计等理论;同时发展运用电子计算机的高效能的计算和设计方法等。
5.工程施工方面。随着土木工程规模的扩大和由此产生的施工工具、设备、机械向多品种、自动化、大型化发展,施工日益走向机械化和自动化。同时组织管理开始应用系统工程的理论和方法,日益走向科学化;有些工程设施的建设继续趋向结构和构件标准化和生产工业化。这样,不仅可以降低造价、缩短工期、提高劳动生产率,而且可以解决特殊条件下的施工作业问题,以建造过去难以施工的工程。
二、新国情下土木工程的有效变化
1.指导理论的继续发展。在可以预见的将来,土木工程工程技术理论的核心部分仍然是力学,新的分析方法和新的数值处理方法将是土木工程中力学的突破方向。在对复杂结构、流体介质等情况下的受力分析和近似上,现有的方法仍然具有很大的局限性。更加专门化的数学在将来也应该有很大的发展,用以处理土木工程技术中复杂的数值问题。更先进的电子计算机的应用,使得对复杂的情况的模拟更有把握,更接近于现实。力学也会突破宏观框架,向微观发展,控制论,虚拟现实等技术也在力学中加深影响。
2.工程实现的变化。土木建筑的最终目的是建设出合乎设计要求的工程构造物,从设计到成果中间需要一个很L的工程实现的过程。这也是土木工程一个重要的组成部分。甚至可以说是土木工程最重要的方面,有了好的理论和设计,没有好的工程实践,一样不会产生一个优秀的作品。
信息时代正在迎面走来,其他学科和其他方面的新观点新技术,必然的也会影响到土木工程。并且为这一传统学科注入新的活力。包括控制理论,施工技术,新材料,环境工程,经济理论等等。
2.1全过程信息化。信息化的特点将更深的渗透到未来的土木工程中,重点不仅仅限于CAD方面,也包含对工程进度的管理、运行中数据资料的收集,分析,整理;对建筑物结构,强度,可靠性的分析和相应对策的决策等。这些也是主动控制和智能化实现的基础。
全过程信息化对今后的土木建筑构造物的维护有很大的意义。比如可以使用植入的传感器配合电子计算机实现对建筑全方位的实时的监控,及时掌握整个建筑物的状态。我国现在正是基本建设的,20~30年后,现在这些建筑物逐渐进入维护期。如果能在现在建造过程中就做好各种信息化准备工作,对今后维护也大有帮助。
2.2可持续发展和人性化。这两个要求是与社会经济的发展相适应的,社会的发展要求更加充分合理的利用资源,社会生活水平的提高也提高了对土木建筑设施人性化的要求。
整个土木工程过程是建立在对资源和能源的不断消耗上的,在可持续发展成为整个社会的主题的时候,土木工程也必然的要面对这个问题。对资源和能源的节约,包括在建设中的和使用过程中的,成为土木工程以后的一个方向,这要求有良好的设计和有效的运作管理机制,土木工程构筑物在它的整个寿命周期,从规划,设计,建造到建成后的使用,维护,拆除都要尽量的将对环境的影响降到最小,同时尽可能大发挥它的社会经济效应。这对土木工程提出了新的要求。具体的要求包括,资源的保护,资源再利用,污染控制和全方位的质量。我国正在施工中的青藏铁路较好的体现了可持续发展的特性,从设计环节开始就注意了对青藏高原脆弱生态环境的保护,全路设计为封闭构造,杜绝了固体废弃物的污染,也严格的控制了噪音污染。施工过程中也相当注重对周围环境的影响。
3.主动控制技术。迄今,绝大部分的土木工程建筑都是被当作一个静态的,被动的物体。对周围环境的影响,如风动,温度变化,突发事件等只能依靠自身的结构进行被动的抵御。显得缺少灵活性和应变能力。今后土木建筑设施的一个发展方向之一就是主动控制技术在建筑构造物中的应用。运用计算机技术和模糊控制技术,以及一些预设的控制结构。使得建筑物能够对各种环境因素做出适当的反应。
三、结束语
土木工程当今的发展是人类智慧的成果,土木工程是为了人类存在而存在.坚持可持续发展道路,努力创新,土木工程定会走向新的高峰!
参考文献
[1]李丽萍.工程结构评估与实荷堆载检验[J].建筑结构2000.